设mm,nn为正数,且m+n=2m+n=2,则4m+1+1n+1\dfrac{4}{m+1}+\dfrac{1}{n+1}的最小值为()(\quad)
A. 134\dfrac{13}{4}
B. 94\dfrac{9}{4}
C. 74\dfrac{7}{4}
D. 95\dfrac{9}{5}

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完整解法

1. 通过换元简化已知条件

设 a=m+1a = m+1,b=n+1b = n+1。
因为 m,n>0m, n > 0,所以 a>1a > 1,b>1b > 1。
且 a+b=(m+1)+(n+1)=m+n+2a + b = (m+1) + (n+1) = m+n+2。
由已知 m+n=2m+n=2,得 a+b=4a+b = 4。

2. 将目标代数式变形,利用常数代换(“乘1”法)展开

目标式可化为 4a+1b\dfrac{4}{a} + \dfrac{1}{b}。
由于 a+b=4a+b=4,所以 a+b4=1\dfrac{a+b}{4} = 1。
则有:
4a+1b=(4a+1b)⋅a+b4=14(4+ab+4ba+1)=14(5+ab+4ba)\dfrac{4}{a} + \dfrac{1}{b} = \left(\dfrac{4}{a} + \dfrac{1}{b}\right) \cdot \dfrac{a+b}{4} = \dfrac{1}{4} \left(4 + \dfrac{a}{b} + \dfrac{4b}{a} + 1\right) = \dfrac{1}{4} \left(5 + \dfrac{a}{b} + \dfrac{4b}{a}\right)

3. 应用基本不等式求出最小值并检验等号成立条件

因为 a>0,b>0a > 0, b > 0,由基本不等式得:
ab+4ba≥2ab⋅4ba=4\dfrac{a}{b} + \dfrac{4b}{a} \ge 2\sqrt{\dfrac{a}{b} \cdot \dfrac{4b}{a}} = 4
所以:
4a+1b≥14(5+4)=94\dfrac{4}{a} + \dfrac{1}{b} \ge \dfrac{1}{4} (5 + 4) = \dfrac{9}{4}
当且仅当 ab=4ba\dfrac{a}{b} = \dfrac{4b}{a} 即 a=2ba = 2b 时,等号成立。
联立 a+b=4a+b=4 解得 a=83a = \dfrac{8}{3},b=43b = \dfrac{4}{3},此时 m=53>0m = \dfrac{5}{3} > 0,n=13>0n = \dfrac{1}{3} > 0,符合题意。
因此,4m+1+1n+1\dfrac{4}{m+1}+\dfrac{1}{n+1} 的最小值为 94\dfrac{9}{4}。
正确选项为 B。

答案

B

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